Uma válvula e uma turbina a vapor operam em série, em regime permanente. O vapor que escoa pela válvula sofre um processo de estrangulamento. Na entrada da válvula, as condições são 600   l b f / i n 2 (4,1 MPa) e 800°F (426,7°C). Na saída da válvula, correspondente a entrada da turbina, a pressão é de   300   l b f / i n 2 (2,1 MPa). Na saída da turbina, a pressão é de   5   l b f / i n 2 (34,5 kPa). A potência desenvolvida pela turbina é 350 Btu por lb de vapor em escoamento. As perdas de calor e os efeitos das energias cinética e potencial podem ser ignorados. Fixe o estado na saída da turbina: para o estado de vapor superaquecido, determine a temperatura, em °F. Para o estado de mistura bifásica líquido-vapor, determine o título.

Passo 1

Falaaaaaaaa queridx’s, bora dar aquele gás?

Então encoxxxta que esse exercício vai ser facinho....

O processo 1 a 2 é um processo de limitações. Portanto as entalpias permanecem constantes.

h 1 = h 2

Obter a entalpia nos pontos 1 e 2 na p 1 = 600 l b f i n 2     T 1 = 800 ° F a partir das tabelas de água superaquecidas.

h 1 = h 2 = 1407.6   B t u / l b

Aplicando a equação de equilíbrio da taxa de energia em estado estacionário a turbina

0 = Q ˙ c v - W ˙ c v + m ˙ h 2 - h 3 + V 2 2 - V 3 2 2 + g z 2 - z 3

Q ˙ c v é a transferência de calor.

W ˙ c v é a transferência de trabalho.

m ˙ é a transferência de massa.

h 1 é a entalpia especifica de entrada .

h 2 é a entalpia específica na saída.

V 1 é a velocidade de entrada.

V 2 é a velocidade de saída.

g z 1 - z 2 é a diferença na energia potencial por unidade da taxa de fluxo de massa.

A taxa de transferência de calor pode ser ignorado. Além disso, é indicado ignorar os efeitos potenciais da energia.

0 = 0 - W ˙ c v + m ˙ h 2 - h 3 + 0 + 0

0 = - W ˙ c v + m ˙ h 2 - h 3

Resolvendo a entalpia na saída da turbina

0 = - W ˙ c v + m ˙ h 2 - m ˙ h 3

h 3 = - W ˙ c v m ˙ h 2         ( 1 )

Passo 2

Substituindo na equação (1) e determinando a entalpia na saída

h 3 = - W ˙ c v m ˙ h 2

h 3 = - 350 B t u l b + 1407.6 B t u l b

h 3 = 1057.6 B t u l b

Obtenha as entalpias de fusão e vaporização em p 3 = 5   l b f / i n 2 em aguas saturadas

h f = 130.17   B t u / l b

h g = 1131.0   B t u / l b

Passo 3

A entalpia no estado 3 está entre o líquido saturado e o vapor saturado h f < h 3 < h g .

Portanto, o estado final é uma mistura de vapor liquido de duas fases

Encontre a qualidade no estado 3

h 3 = h f + x 3 ( h g - h f )

x 3 = h 3 - h f h g - h f

Substituindo

x 3 = 1057.6 - 130.17 1131.0 - 130.17

x 3 = 0.9266

Portanto, a qualidade no estado 3 é de 0.9266.

Resposta

Portanto, a qualidade no estado 3 é de 0.9266.

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